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螺桿壓縮機(jī)經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的開發(fā)應(yīng)用，在技術(shù)上得到了很大的開展。其中又以噴油螺桿空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用開展最快、最普遍。在空氣動(dòng)力用的壓縮機(jī)范疇，作為同是容積式壓縮機(jī)的螺桿空壓機(jī)，其綜合運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性已被事實(shí)證明，比習(xí)氣運(yùn)用的往復(fù)式空壓機(jī)來得更優(yōu)越。雖然如此，作為越來越普遍運(yùn)用的螺桿空壓機(jī)，依然耗費(fèi)著大量的能源，仍是許多企業(yè)中的用電大戶。因而，如何進(jìn)一步改善螺桿機(jī)械的性能，特別是降低螺桿空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)能耗，仍是當(dāng)前研發(fā)的嚴(yán)重課題。
螺桿空氣壓縮機(jī)的節(jié)能途徑
自從螺桿機(jī)械降生，螺桿轉(zhuǎn)子的型線，閱歷了屢次的變革。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，人們已能開發(fā)目前所認(rèn)識(shí)的多種高效率的型線。世界上制造螺桿空壓機(jī)的廠商，也都能運(yùn)用所謂的第三代高效率的型線。同樣，對整個(gè)螺桿空壓機(jī)系統(tǒng)的研討和應(yīng)用，也已大致類同。要在短期內(nèi)，從螺桿機(jī)械上獲取可觀的節(jié)能則顯得更為艱巨。同時(shí)，從能耗角度上講，用戶更關(guān)懷的不是空壓機(jī)軸功率的能耗比，而是輸入功率的能耗比。為此，人們把節(jié)能的潛力關(guān)注在空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)上。
另一方面，依據(jù)美國能源部2002年的調(diào)研報(bào)告，各國空壓機(jī)運(yùn)用的負(fù)載率簡直不可能超越90%（圖1）。因而，空壓機(jī)要運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)能，除了滿載時(shí)，輸入的能耗比要低，而且在局部負(fù)載和無負(fù)載時(shí)也要節(jié)能。就此而言，對螺桿空壓機(jī)的氣量調(diào)理提出了更高的請求。
通常調(diào)理螺桿空壓機(jī)氣量有三種辦法：
（1）進(jìn)時(shí)令流調(diào)理。
（2）改動(dòng)轉(zhuǎn)子有效長度調(diào)理。
（3）改動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)理。
從節(jié)能角度講，改動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)理是最有效的。為此，人們想到了變頻電機(jī)，當(dāng)然它比固定轉(zhuǎn)速的其他調(diào)理辦法要節(jié)能。但是，由于通常的變頻電機(jī)在轉(zhuǎn)速降落時(shí)，會(huì)惹起電機(jī)功率要素和效率的降落，依據(jù)測試它比傳統(tǒng)空壓機(jī)在相同的功率下產(chǎn)氣量會(huì)降落10%~15%。因而，它還不是最理想的驅(qū)動(dòng)機(jī)。而且，通常的電機(jī)還不能頻繁地啟、停。在此，螺桿空壓機(jī)要耗費(fèi)25%~30%的空載功率。于是人們等待著一種新的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的呈現(xiàn)。
一種新的螺桿空壓機(jī)變速驅(qū)動(dòng)電機(jī)
為了滿足螺桿空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的節(jié)能，必需有一種高效率變轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)空壓機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)能高效運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)空壓機(jī)處于局部負(fù)載時(shí)，電機(jī)能隨氣量改動(dòng)轉(zhuǎn)速，并仍堅(jiān)持高的效率；當(dāng)空壓機(jī)不需求負(fù)載時(shí)，電機(jī)能無限制地啟、停，將能耗降為零。這就是美國英格索蘭公司同世界著名電氣制造商，共同開發(fā)的一種HPM混合永磁電機(jī)。
HPM混合永磁電機(jī)同普通三相異步電機(jī)相比，在構(gòu)造上有如下不同：1）電機(jī)定子的繞阻非整體式繞制，而是分為8~12組鑲裝在電機(jī)的定子座里。2）電機(jī)轉(zhuǎn)子的矽鋼片上分別鑲裝著幾條永磁鐵（見圖2）。由于永磁鐵的存在，使電機(jī)定子上的電磁線圈在定子和一排排永磁鐵之間產(chǎn)生了強(qiáng)大的電磁力，磁通量被增加三倍，從而使同功率下電機(jī)的長度可縮短至1/3。因而，電機(jī)的轉(zhuǎn)子可省去支承，懸掛在任何被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子軸上。
混合永磁電機(jī)同普通的三相變頻電機(jī)相比，在性能上有如下的特性：
（1）變速范圍大。在整個(gè)變速范圍，電機(jī)的效率及功率要素簡直不變。
（2）電機(jī)可無限制地起、停。不會(huì)形成電機(jī)溫升增高，電流增大。
（3）電機(jī)冷卻效果和運(yùn)轉(zhuǎn)牢靠性好。
這是由于磁力強(qiáng)度的增大，使電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間的間隙增大了一倍，大大改善了冷卻效果。
英格索蘭NIRVANA螺桿空氣壓縮機(jī)
美國英格索蘭公司應(yīng)用HPM混合永磁電機(jī)來驅(qū)動(dòng)噴油和無油螺桿空壓機(jī)，開發(fā)了NIRVANA系列新一代節(jié)能型螺桿空壓機(jī)。由于篇幅的限制，本文僅引見NIRVANA噴油螺桿空壓機(jī)的特性。
NIRVANA噴油螺桿空壓機(jī)同普通噴油螺桿空壓機(jī)相比，驅(qū)動(dòng)局部的構(gòu)造被大大簡化。
運(yùn)用HPM混合永磁電機(jī)的NIRVANA噴油螺桿空壓機(jī)，其電機(jī)的定子是用法蘭同螺桿主機(jī)的機(jī)殼面聯(lián)接，而電機(jī)的轉(zhuǎn)子是懸掛在螺桿主動(dòng)轉(zhuǎn)子的軸上。因而，它省去了電機(jī)的軸承、密封。從整個(gè)傳動(dòng)安裝上看，又省去了傳統(tǒng)齒輪箱、齒輪以及聯(lián)接的同心度請求。所以，除了機(jī)組傳動(dòng)效率高，還令用戶快樂的是省去了日常費(fèi)事的定期改換電機(jī)軸承光滑油脂的維護(hù)。
運(yùn)用HPM混合永磁電機(jī)要在運(yùn)轉(zhuǎn)中節(jié)能，還要借助于一套完好的控制系統(tǒng)。NIRVANA空壓機(jī)也停止了優(yōu)化設(shè)計(jì)。它將電機(jī)的變速控制、軟啟動(dòng)控制以及空壓機(jī)的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)控制，全部整合在一同，用模塊化集成于機(jī)箱內(nèi)一個(gè)低壓控制柜內(nèi)。不但操作維護(hù)便當(dāng)，而且運(yùn)轉(zhuǎn)牢靠。每臺(tái)空壓機(jī)相當(dāng)于有80套電子齒輪，可按用戶實(shí)踐用氣的氣量和壓力，自動(dòng)完成優(yōu)化控制。當(dāng)空壓機(jī)負(fù)載率低于25%時(shí)，空壓機(jī)不需求空載運(yùn)轉(zhuǎn)耗費(fèi)電能，而可直接停機(jī)，將能耗降為零。一旦系統(tǒng)壓力低于設(shè)定壓力，空壓機(jī)又會(huì)自動(dòng)軟啟動(dòng)。
另外，NIRVANA噴油螺桿空壓機(jī)同普通變頻空壓機(jī)還有一點(diǎn)不同，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低，氣量減少時(shí)，它能完成噴油量的調(diào)理，使活動(dòng)損失更小，更節(jié)能。
NIRVANA噴油螺桿同普通噴油螺桿測試性能比擬如下（圖4），假如按空壓機(jī)通常狀況下，均勻負(fù)載率為70%計(jì)算，NIRVANA空壓機(jī)可降低22%～30%能耗。所以，NIRVANA能夠說是目前唯一真正意義上具有調(diào)速變頻驅(qū)動(dòng)的螺桿空壓機(jī)。
多臺(tái)螺桿空壓機(jī)的節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)
對大多數(shù)用戶來講，出于對用氣的思索，在緊縮站房內(nèi)，常常會(huì)運(yùn)用多臺(tái)空壓機(jī)。從運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)能思索，除了應(yīng)用多臺(tái)空壓機(jī)來調(diào)理用氣負(fù)荷外，最理想的辦法是選其中一臺(tái)為節(jié)能型調(diào)速螺桿空壓機(jī)，來用作局部負(fù)載時(shí)的調(diào)理，這樣不但初次投資增加不多，而且日后的運(yùn)轉(zhuǎn)更節(jié)能。下面是一個(gè)實(shí)踐用氣的配置。
IRN-75是NIRVANA調(diào)速節(jié)能型螺桿空壓機(jī)，氣量是3.7～13m3/min。
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作者:德耐爾@德耐爾空壓機(jī) 空壓機(jī)修訂日期：2014-02-12
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